提高催化裂化裝置丙烯收率的操作優化

陳家祥，田軍，楊紹峰，胡陽國(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471000)

0 引言

催化裂化裝置的產品主要包括干氣、液化氣、汽油、柴油及油漿等。其中液化氣、汽油和柴油屬于該裝置的高附加值產品。近來，液化氣及液化氣中丙烯組分的市場價格均大幅上漲，而汽油、柴油的價格則有所回落。因此，對裝置進行操作優化，改善產品分布，提高液化氣的收率和液化氣中丙烯的含量，從而提高丙烯的收率以靈活應對產品的市場變化，對提升裝置的運行效益有著重要意義。

1 裝置的產品分布情況

中國石油化工股份有限公司洛陽分公司1#催化裂化裝置自2019 年7 月檢修改造完成以來，整體運行穩定，但是在裝置的產品分布方面仍存在優化改進的空間：(1)液化氣產品的收率較低且收率波動較大；(2)液化氣中丙烯的含量較低且含量波動較大。經統計，2019 年8 月至2019 年12 月，該裝置丙烯收率的平均值為6.05%。在液化氣及丙烯價格持續上漲的市場化境下，優化產品分布，提高丙烯收率，以使裝置的產品收益最大化則顯得尤為重要。

2 操作優化方案

2.1 優化進料配比

從氫平衡的角度分析，進料中氫含量越高，則生成丙烯的潛力越大。進料中加氫蠟油的流量占裝置總進料量的比值對產品中丙烯的收率影響很大，氫含量較高的石蠟基進料生成丙烯的產率幾乎是環烷基進料的2 倍[1]。因此，本文考察了自2019 年8 月至2019 年12 月該催化裂化裝置丙烯收率的數據，并與同期該裝置進料中加氫蠟油流量占總進料量的比例進行了對比。發現二者的關聯性明顯，即進料中加氫蠟油的比例直接關乎丙稀的收率，具體關聯情況如圖1 所示。

圖1 加氫蠟油進料比例與丙稀收率的關系

通過強化對裝置各進料流股的化驗分析頻次，結合化驗結果，為各個進料流量的配比提供數據支撐。聯系生產調度，在各個操作條件均處于設備運行參數的指標內，優化各進料流量的配比，并調研各產品市場價格和原料油庫中各股進料的庫存及上游裝置的供給能力，力求達到進料配比的最優化。

2.2 定期按量加注增產丙烯助劑

增產丙烯助劑的活性組分主要為ZSM-5 擇形分子篩，其平均孔隙為0.55 nm，可以限制高支鏈烴類與環狀烴類的進入，其獨特的結構可以使汽油中的直鏈分子與支鏈較少的分子能夠進入ZSM-5 的孔隙，選擇性地裂化和異構汽油餾分中C6～C12的烷烴和烯烴，主要是C7烯烴[1]。在氫轉移反應生成烷烴之前，即被裂化生成C3及C4等烯烴。因此，增產丙烯助劑的加注，對提高丙烯的產量有著積極的意義。

2020 年4 月15 日起，該裝置通過助劑加料系統定期按量地快速加注增產丙烯助劑，直至其藏量達到總藏量的6%，之后根據催化劑的消耗情況平穩加注，利用班組按時巡檢的機制，強化對丙烯助劑加料系統的維護，重點關注自動加料器下料不暢、電磁閥不動作等高頻故障，定期排查、及時保運處理，以滿足助劑的藏量要求。本文考察了在進料性質及其他操作參數均未作大幅調整的情況下，穩定加注增產丙烯助劑前后液化氣及汽油的收率變化情況，具體情況如圖2所示。

圖2 加注增產丙烯助劑前后液化氣和汽油的收率

加注增產丙烯助劑后，汽油的收率明顯下降，液化氣的收率則明顯增加。與加注增產丙烯助劑之前相比，液化氣收率提高了2.6 個百分點，液化氣中丙烯的含量則提高了0.2 個百分點。

2.3 選擇適宜的反應條件

(1)適當提高反應溫度，有助于提高丙烯收率。裂化反應為吸熱反應，氫轉移反應為放熱反應[2]，因此，較高的反應溫度可促進汽油組分中的烯烴裂化而生成丙烯，并且抑制烯烴氫轉移反應的發生[3]。但反應溫度過高，熱裂化反應加劇，干氣和焦炭的收率增加，影響到產品的分布。

(2)適當提高劑油比，有助于提高丙烯收率。較高的劑油比可增加催化劑活性中心的數量，從而增加油氣與催化劑接觸的幾率，繼而加強裂化反應。但劑油比過高，縮合反應加劇，裝置的生焦率增加。

(3)適當提高水油比，有助于提高丙烯收率。提高水油比可降低反應系統內的油氣分壓，促進反應向生成小分子的方向移動。另一方面，可抑制焦炭在催化劑表面的沉積，以保持催化劑活性。

(4)適宜的反應時間，有助于提高丙烯收率。增大反應時間，可強化烴類的裂化反應，增加丙烯的產率。但反應時間過長，則氫轉移反應加劇而消耗丙烯。故而需要選取適宜的反應時間。

2.4 加強外來物料流量的監控及組分的分析

該催化裂化裝置外來回煉至反應部分和分離部分的物料流股多、組成復雜多變且進料量不連續、不穩定，打破了系統內各項原始操作參數的平衡，對裝置的平穩運行及參數調整均帶來很大的難度，同時對產品的分布也帶來不利的影響。因此需要做到如下三點：

(1)加強外來物料的流量監控，精準控制其流量，設置預警值，做好預防措施。對控制方案及調整操作提供更加精準的數據支撐。

(2)強化對外來物料組分的化驗分析，并根據其組分的變化情況對本裝置相關參數進行調整優化。

(3)加強與上下游裝置之間的溝通，及時匯報生產調度，根據安排做出相應調整，以達到操作有預判，控制方案更加合理，產品分布及質量更優的目的。

3 效果評價

通過采取優化進料配比、定期按量加注增產丙烯助劑、選擇適宜的反應條件、加強外來物料的流量監控及組分分析等優化操作后，考察了優化后(2020 年8 月—12 月)與上一年同期(2019 年8 月—12 月)該催化裂化裝置產品中丙烯的收率情況。發現操作優化后效果顯著，丙烯收率明顯提高，對比情況如圖3 所示。

圖3 優化前后丙烯收率的對比

4 結語

丙烯作為催化裂化裝置重要的高附加值產品之一，其收率直接關乎裝置的運行經濟性，通過優化操作后，可實現裝置丙烯收率的提高，從而提升裝置應對產品市場變化的靈活調整能力，以保障裝置運行效益的最大化。